湖泊生态恢复的关键因子分析

中国是一个多湖泊的国家。由于经济快速发展及湖泊资源不合理的开发利用,中国湖泊的污染问题和生态系统退化相当普遍。特别是由于氮、磷等营养元素的富集造成的水体富营养化,导致蓝藻水华频繁发生,甚至出现了饮用水危机事件。由于缺乏基础理论的指导,中国湖泊富营养化治理曾经走过弯路。在没有实现控源截污的条件下,片面强调生态恢复来净化湖泊水环境,一度成为富营养化湖泊治理的主流思想。实际上,湖泊生态恢复是有条件的,而对这些条件的诊断和分析是开展湖泊生态恢复的前提和基础。通过对太湖水生植物分布及其影响因子分析,确定沉水植物恢复的核心条件是水下光照条件。水下光照条件受富营养水平、悬浮物浓度与水深等因子的影响。只有当一个水域的真光层深度接近水深的情况(比值>0.8),恢复水生植物才有可能。改善水下光照条件,包括降低水深,提高透明度,消除风浪等措施,实际上,都是增加真光层深度与水深的比值。在上述生态恢复条件不具备的情况下,湖泊治理与恢复的工作更多地应该聚焦在控源截污方面。这对中国湖泊污染治理与生态恢复具有普遍的意义。     

长江中下游浅水湖泊悬浮颗粒物吸收系数测定方法探讨

对两种水体悬浮颗粒物吸收系数测定方法及相关计算进行对比研究.通过长江中下游湖泊典型藻类的实验室培养,利用T方法和T-R方法分别对藻类颗粒物、藻类泥沙混合悬浊液进行吸收系数测定.通过颗粒物光谱吸收系数与叶绿素a之间的相关性关系,对比了两种方法的测量稳定性.通过对不同比例的藻类和无机悬浮颗粒物(ISS)的混合悬浊液进行分析,获得了不同浊度水体悬浮物吸收光谱的变化情况.结果表明,在纯藻或者泥沙含量较少的水体进行颗粒物吸收系数光谱测定时,T方法和T-R方法均可以采用,并且均具有较高的测定精度.然而,在泥沙含量相对较高的浑浊水体,应尽量选取T-R方法进行颗粒物吸收光谱的测定,以提高测定精度.长江中下游浅水湖泊由于底泥易受风浪影响发生再悬浮,因此在颗粒物吸收系数光谱测定中,当水体中ISS含量超过30 mg/L时,应选择T-R方法.     

太湖水体光学衰减系数的特征及参数化

利用2001-2002年周年太湖全湖不同湖区湖泊光学及表层水样的实测资料,分析了太湖水体表层光学衰减系数与透明度、无机和有机颗粒物质及叶绿素a的相关关系,建立了表层水光学衰减系数与无机、有机颗粒物质及叶绿素a多元线性回归方程。结果表明,光学衰减系数与透明度的关系为：Kdg0.096 1.852/ST;表层水光学衰减系数与无机、有机颗粒物质及叶绿素a多元线性回归方程为：Kd=0.219 0.0768Ciss 0.214Cdet 0.006Cchl;光学衰减系数变化的主要影响因子是无机及有机颗粒物。     

过去40年太湖剧烈的湖泊物理环境变化及其潜在生态环境意义

过去40年,全球气候变暖、辐射变暗和变亮、风速减弱、气候异常波动等自然环境变化以及筑坝建闸、岸堤硬质化和调水引流等强烈人类活动势必会深刻改变太湖湖泊物理环境和过程,驱动湖泊生态系统演化.基于历史文献、档案数据以及气象水文和透明度等长期观测数据,本文系统梳理了太湖气温、水温、风速、水位和透明度等物理环境空间分布和长期变化特征,探讨了气温和风速、水位和透明度相互协同作用机制及其潜在生态环境意义.受全球变化和城市化等影响,过去40年太湖气温和水温呈现显著升高趋势,而近地面风速则表现为持续下降,湖泊增温和风速下降有利于藻类生长和蓝藻水华漂浮聚集,某种程度上增加了蓝藻水华出现频次和集聚的面积.为防洪和满足流域日益增长的水资源需求,闸坝管控和调水引流使太湖水位呈现缓慢增加趋势,而入湖污染物增加和富营养化则造成水体透明度逐渐下降,致使透明度与水位(水深)的比值明显降低,减少了湖底可利用光强,恶化水下光环境,在一定程度上驱动了太湖水生植被和草型生态系统退化.湖泊物理环境长期变化逐渐拓展了太湖藻型生境空间而压缩了草型生境空间,加剧了草型生态系统向藻型生态系统转化和增强了藻型生态系统的自我长期维持.太湖湖泊物理环境的显著变化也会部分抵消流域营养盐削减和湖体营养盐下降对藻类生物量和蓝藻水华的控制,增加了太湖蓝藻水华防控和湖泊富营养化治理的难度.这意味着未来流域控源截污需要更加严格的标准,而湖泊水位等物理环境的有效管控是应对藻华加剧和恢复草型生态系统的适应性管理策略.     

基于高频次GOCI数据的太湖悬浮物浓度短期动态和驱动力分析

总悬浮物是水体中重要的光学敏感物质之一,很大程度上决定了水柱中光的吸收、散射和衰减,同时吸附营养盐、重金属和有毒有害物,对水体物质生物地球化学过程、沉积物埋藏动力和湖泊环境演化具有重要的意义.基于星地同步实验和静止水色成像仪GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)构建了太湖悬浮物浓度估算模型,并分析了典型风浪过程中太湖悬浮物浓度短期动态变化过程.研究表明:对太湖水体悬浮物浓度较为敏感的波段为GOCI的第7波段(745nm)和第8波段(865 nm),悬浮物浓度与对应波段遥感反射率线性相关决定系数分别为0.72和0.55;基于GOCI第7波段的悬浮物浓度单波段遥感估算模型能较为准确地估算太湖的悬浮物浓度,模型相对均方根误差和平均绝对百分误差分别为28.3%和24.4%.通过研究典型风浪过程前后太湖悬浮物浓度变化发现其短期动态变化显著,风速、风向是悬浮物浓度短期动态变化的重要驱动因素,悬浮物浓度与风速呈正比,并随着风向扩散;高频连续GOCI影像结果显示悬浮物浓度短期动态变化对风浪扰动的响应有一定的滞后性,滞后时间为数小时到1天,悬浮物沉降与沉积物再悬浮的临界风速约为3.4 m/s.     

太湖入湖河口和开敞区CDOM吸收和三维荧光特征

应用吸收和三维荧光光谱对2007年夏季太湖入湖河口和大太湖开敞区有色可溶性有机物(CDOM)浓度及来源进行研究.结果表明,河口区和开敞区CDOM吸收系数a(355)存在显著空间差异,河口区明显大于开敞(ANOVA,P<0.001),a(355)最大值出现在大浦河口和竺山湾漕桥河几附近,最小值出现在东太湖和胥口湾.a(355)与溶解性有机碳、化学耗氧量浓度存在显著正相关.所有样品一般都含有4个明显的荧光峰,包括1个可见光区的类腐殖质荧光C峰,1个紫外光区的类腐殖酸荧光A峰,2个类蛋白荧光B峰和D峰.河口区外源输入的类腐殖质荧光非常强,最著大于开敞区(ANOVA,P<0.05).而河口区和开敞区类蛋白荧光没有显著性差异,反映开敞区除外源河流输入外,内源生物降解等对类蛋白荧光贡献增加.在河口区B、C峰的比值r(B/C)/b于1,均值为0.62±0.14、在开敞区r(B/C)除12#是0.92,其他值均大于1,均值为1.12±0.13,初步判断r(B/C)可以作为区分CDOM来源的重要参数.CDOM吸收a(355)与类腐殖质荧光C峰、A峰均存在极显著的正相关,而与类蛋白荧光相关性则明显下降,与D峰存在显著正相关,与B峰没有显著相关.     

东太湖CDOM吸收光谱的影响因素与参数确定

CDOM吸收特性是湖泊水色遥感的重要研究内容之一,影响着水体的遥感反射率;吸收光谱的形状一般符合波长的负指数关系,但不同水体的形态因子即S值是不同的.实地采集东太湖水样,实验室测量叶绿素、悬浮物质以及黄色物质的组份含量,室内测试计算水样的CDOM吸收光谱,根据光谱曲线形状,把样点分为三组,分别进行考察,结果发现对东太湖春季水体而言,浮游植物的降解对CDOM吸收具有重要甚至主导作用;水体中有机悬浮颗粒占有一定的比例,在测试或计算东太湖总的吸收或散射系数时,必须充分考虑有机悬浮颗粒的吸收与散射特性,否则会带来较大的误差;以500nm为分界点,把300—700nm的波段范围分为两个部分即300—500nm和500—700nm,分别定义CDOM吸收光谱的曲线斜率即S值,可以提高CDOM吸收光谱的估测精度,把S值定义为随波长线性变化的函数,可以进一步提高CDOM吸收光谱的估测精度,对东太湖春季水体而言,当:300≤λ<500nm时,S(μm-1)=-0.0193×λ 20.821,当500≤λ≤700nm时,S(μm-1)=-0.0121×λ 16.003.     

千岛湖水温垂直分层的空间分布及其影响因素

湖泊热力分层及热力循环深刻影响深水湖泊生态系统。随着全球气候变暖,湖泊热力过程会发生显著变化。作为深水水库型湖泊,千岛湖的热力过程与水环境的变化紧密相连,为了分析千岛湖水体水温、湖泊热力分层参数(温跃层深度、厚度和强度)的分布,探讨温跃层深度与水温、水体透明度以及水深之间的关系,本文根据2014年7月份与2015年5月份对千岛湖全湖60个采样点的水体理化指标的垂向分布调查数据,计算得到千岛湖热力分层参数,进而分析其时空分布特征及主要影响因素。结果表明,千岛湖水体水温垂直分布呈现正温分布,春夏季全湖范围内均存在不同程度的温度分层现象,温跃层深度、厚度和强度均从上游河口向下游敞水区逐步增大,这种空间变化的趋势在7月份比5月份更显著。水温、透明度和水深是影响温跃层深度的主要因素。夏季湖泊热力分层稳定期温跃层深度与表层水温(0—2m)存在显著负相关关系,与透明度和水深存在正相关关系。     

微囊藻和栅列藻吸收与散射特性的实验研究

利用分光光度计,分别检测不同浓度梯度的微囊藻和栅列藻的光束衰减系数、吸收系数等。根据线性加和关系计算出2种藻的散射系数。结果表明,400～650 nm光束衰减系数大致呈下降趋势,之后又逐渐上升.在675 nm附近出现由于浮游植物吸收而形成的峰值,微囊藻、栅列藻的c*(675)分别为(0.075±0.007)m~(-1)、(0.079±0.007)m~(-1)。微囊藻、栅列藻吸收系数、比吸收系数在440、675 nm存在明显的吸收峰值,PAR波段积分平均比吸收系数分别为0.0172、0.0178 m~2/(mgCh1a)。散射系数在440、675 nm一般出现谷值,而在550、700 nm一般为峰值。微囊藻、栅列藻PAR波段积分平均比散射系数分别为0.0686、0.0737 m~2/ (mgCh1a),比散射系数明显大于比吸收系数。另外,栅列藻比散射系数均要大于微囊藻.而其比吸收系数则差异不明显。微囊藻、栅列藻吸收系数与叶绿素a浓度存在非常好的线性关系,显示其不存在色素包裹效应。微囊藻、栅列藻平均Q*.值分别为1.13、1.19.均大于1.包襄因子的分析也证明不存在色素包裹效应。实验条件下得到比吸收系数、比散射系数可以用于计算浮游植物的吸收和散射系数。     

L波段探空雷达跟踪异常成因及应对措施

GFE(L)l型高空气象探测雷达具有较高的精度和自动化程度.通过对探测工作过程中雷达对探空仪跟踪异常现象甚至造成重放球事件的总结分析,归纳出各类跟踪异常现象的成因及其应对措施,为更好地完成高空气象探测工作起到积极的意义,有利于提高高空探测业务质量.